DD300256A5 - Überspannungsschutzeinrichtung für allgemeine Anwendungen - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemaesze UEberspannungsschutzeinrichtung fuer allgemeine Anwendungen ermoeglicht einen wirkungsvollen UEberspannungsschutz in null- und niederfrequenten Nachrichten-, Datenuebertragungs-, Mesz-, Steuer- und Regelanlagen sowie in Elektroenergieerzeugungs-, -verteilungsanlagen und -verbraucheranlagen mit Gleich- oder Wechselspannung bis 380 Veff. Die UEberspannungsschutzeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem gasgefuellten UEberspannungsableiter als Grobschutz, einem Zinkoxid-Varistor als Feinschutz und einem beide verbindenden Bauelement in Form eines ohmschen oder induktiven Widerstands zur Gewaehrleistung des Energieflusses im Normalbetriebsfall und zur Verteilung bzw. teilweisen Absorption der Energie der einlaufenden UEberspannung. Liegt die Betriebsspannung des zu schuetzenden Systems ueber der Loeschspannung des Ableiters, so besteht der Grobschutz aus einer Reihenschaltung mehrerer Ableiter mit hochohmigen, parallelen Potentialsteuerwiderstaenden. Potentielles Anwendungsgebiet ist der UEberspannungsschutz in der gesamten gleichstrommaeszig oder niederfrequent betriebenen Schwach- und Starkstromtechnik. Die erfindungsgemaesze UEberspannungsschutzeinrichtung realisiert das Schutzverlangen dieser Technik vor gefaehrdenden UEberspannungen in weit hoeherem Masze als bisher bekannte Loesungen. Fig. 1{UEberspannungsschutz; Schutzkaskade; Impulsspannung; Energieinhalt; UEberspannungsableiter; Zinkoxid-Varistor; Energieverteilung; Potentialsteuerung; Mesz-, Steuer-, Regelanlagen; Informationsanlagen; elektrotechnische Anlagen}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Begrenzung von Überspannungen in niederfrequenten Nachrichten-, Oatenübenragungs-, Meß-, Steuer- und Regelanlagen sowie in Elektroenergieerzeugungs-, -verteilungs- und -verbraucheranlagen mit Gleich- oder Wechselspannung bis zu 380 V,₎₍.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der null- und niederfrequent betriebenen Schwach- und Starkstromtechnik bis 380 V,n werden als Überspannungsschutz Einzelelemente in Form von Funkenstrecken, gasgefüllten Überspannungsableiter^ Varistoren und Dioden mit stark nichtlinearer Kennlinie, z. B. Zenerdioden eingesetzt. Dort, wo es die zu verarbeitenden elektrischen Werte zulassen, verwendet man auch relativ teure Trenntransformatoren als Einzelelemente zur Begrenzung und galvanischen Entkopplung. Meßtechnische Untersuchungen ergaben, daß ein derartiger Überspannungsschutz aus einem Einzelelement nicht in der Lage ist, insbesondere sehr steil ansteigende und länger andauernde Überspannungen wirkungsvoll auf Werte zu begrenzen, die für das zu schützende Gerät bzw. die Anlage ungefährlich sind. Bei Funkenstrecken end gasgefüllten Überspannungsableitern tritt der Effekt des Überlaufens und Sperrens des Schutzelementes auf. Bei Schutzelementen auf Halbleiterbasis besteht aufgrund der geringen Stoßstromtragfähigkeit über längere Zeit die Gefahr der thermischen Zerstörung. Trenntransformatoren verlieren durch Sättigungseffekte ihre Schutzwi,kung. Ungünstig ist auch ihr induktives Speichervermögen, dadurch wird die einlaufende Überspannungsenergiezwarzunächst absorbiert, dann jedoch gegenphasig, allerdings mit veränderter Zeitcharakteristik an das zu schützende Gerät bzw. die Anlage abgegeben.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Anlagen der Meß-, Steuer- und Regoltechnik, der Informationstechnik und der Elektroenergietechnik gegen impulsförmige Überspannungen mi kleiner Anstiegs- und großer Rückenhalbwertszeit zu schützen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, schnelle und energiereiche Überspannungen, die kabelgeführt in Meß-, Steuer- und Regelanlagen, in Informationsanlagen und in elektrotechnische Anlagen einlaufen, auf für diese Anlagen ungefährliche Werte zu begrenzen. Die Begrenzung erfolgt bereits in der Anstiegsphase und ist für die gesamte Wirkdauer der Überspannung gewährleistet. Die Überspannungsschutzeinrichtung für allgemeine Anwendungen besteht erfindungsgemäß aus der Zusammenschaltung eines gasgefüllten Überspannungsabieiters als Grobschutz über ein geeignetes, verbindendes Bauelement mit einem Zinkoxid-Varistor als Feinschutz. Dabei ergänzen sich Überspannungsableiter und Zinkoxid-Varistor zeitlich und quantitativ in der Realisierung der Schutzfunktion.

Das Verbindungsbauelement, in der Regel ein ohmscher Widerstand oder eine Induktivität, begünstigt diesen Prozeß und bewirkt sowohl den Energiefluß unter normalen Betriebsbedingungen als auch eine Steuerung der durch die eintreffende Überspannung eingetragenen Energie und ihre Verteilung auf die beiden, die Überspannung begrenzenden Bauelemente. In der steilen Anstiegsphase einer einlaufenden Überspannung begrenzt während der Zündverzugszeit des Überspannungsabieiters zunächst der Zinkoxid-Varistor mit seinem vorgeschalteten ohmschen oder induktiven Widerstand. Mit Eintritt der Zündung des Überspannungsabieiters verteilt sich die Energieabsorption der Überspannung auf alle Bauelemente der Überspannungsschutzeinrichtung, dabei kommen sowohl die große Stoßstromtragfähigkeit des Überspannungsabieiters als auch die vorteilhaft niedrige und in weiten Grenzen wählbare Begrenzungsspannung des Zinkoxid-Varistors vorteilhaft zur Wirkung.

Mit der angegebenen, erfindungsgemäßen Lösung lassen sich Anlagen und Geräte der null· bzw. niederfrequent und mit Spannungen bis?u 380 V.« betriebenen Schwach- und Starkstromtechnik wirkungsvoll und mit geringem Bauelementeaufwand

schützen.

Die Schut'wirkung tritt unabhängig von der Polarität der Überspannung ein. Besonders geeignet ist die Überspannungsschutzeinrichtung für drahtgebundene Informat'onsanlagen mit Arbeitsfrequenzen bis zu 2OkHz, wie z. B. NF-Sprechverbindungen, Geräte der Meß-, Steuer- und Regeltechnik, hier sowohl für Anzeigt)-, Melde- und Einrichtungen der

logischen Signalverknüpfung als auch für leistungsintensive Stellglieder und für Elektroenergieerzeugungs-, -verteilungs-,-steuerungs- und -Verbrauchersysteme.

Mit der Staffelung der Begrenzungsspannungen der Zinkoxid-Vai istoren von 25 V bis zu 800 V lassen sich die unterschiedlichsten Spannungsebenen beherrschen. Nicht oder nur bedingt einsetzbar ist die Überspannungsschutzeinrichtung in Systemen mit Arbeitsfrequenzen größer 2OkHz

wegen der dann nicht mehr zu vernachlässigenden Kapazität des Zinkoxid-Varistor. Besteht die Möglichkeit, daß die normale

Betriebsspannung den Lichtbogen des gezündeten Ableiters aufrechterhalten kann, i t eine Reihenschaltung zweier oder

mehrerer Ableiter anzuwenden. Zur Potentialsteuerung erhalten die Ableiter dann hochohmige Parallelwiderstände.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Überspannungsschutzeinrichtung für allgemeine Anwendungen. Als Grobschutz fungiert ein gasgefüllter Überspannungsableiter 1, auf diesen folgt nach einer Induktivität 2 r'er Feinschutz in Form eines Zinkoxid-Varistors 3

E bildet den Schaltungseingang, A den Ausgang.

Claims (1)

1. Überspannungsschutzeinrichtung für allgemeine Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, daß

   - ein gasgefüllter Überspannungsableiter den eingangsseitigen Grobschutz realisiert;

   - ausgangsseitig ein Zinkoxid-Varistor den Feinschutz bildet, wobei Grob- und Feinschutzdurch ein koppelndes und verteilendes Bauelement in Form eines ohmschen oder induktiven Widerstands verbunden sind und

   - durch das koppelnde und verbindende Bauelement und den Zinkoxid-Varistor infolge ihrer großen Dimen^ionierungsvielfalt verschiedenste Anwendungen der Überspannungsschutzeinrichtung in der gleichstrommäßig und niederfrequent betriebenen Stark- und Schwachstromtechnik gewährleistet werden können;

   - bei Betriebsspannungen, die über der Löschspannung des Ableitcrs liegen, der Grobschutz aus einer Reihenschaltung zweier oder mehrerer Ableiter besteht, denen hochohmige Potentialsteuerwiderstände parallel geschaltet sind.